1、提提 纲纲 钢化玻璃概述钢化玻璃概述 钢化玻璃品种钢化玻璃品种 钢化玻璃及其生产工艺钢化玻璃及其生产工艺 钢化玻璃性能钢化玻璃性能 钢化玻璃检验钢化玻璃检验 建筑用安全玻璃及中空玻璃建筑用安全玻璃及中空玻璃一、概一、概 述述 常温下玻璃是一种典型的脆性材料，从机械性能来看，它的抗压强常温下玻璃是一种典型的脆性材料，从机械性能来看，它的抗压强度高，硬度也高，但它的抗张强度不高。玻璃的理论抗折强度为度高，硬度也高，但它的抗张强度不高。玻璃的理论抗折强度为117.6108帕，但用于窗玻璃的实际理论理论抗折强度只有帕，但用于窗玻璃的实际理论理论抗折强度只有68.6105帕。帕。 玻璃实际机械强度比理论
2、值低的原因是多方面的，一般认为主要玻璃实际机械强度比理论值低的原因是多方面的，一般认为主要是由玻璃表面微裂纹、结构不均匀性、微观缺陷、残余应力等造成的，是由玻璃表面微裂纹、结构不均匀性、微观缺陷、残余应力等造成的，表面微裂纹表面微裂纹是造成玻璃机械强度降低的主要原因。是造成玻璃机械强度降低的主要原因。 为了改善玻璃的机械性质，可以采取多种物理、化学方法来消除为了改善玻璃的机械性质，可以采取多种物理、化学方法来消除微裂纹，以达到提高玻璃机械强度的目的。微裂纹，以达到提高玻璃机械强度的目的。 17世纪中叶莱茵国王子鲁伯特将熔融玻璃液滴入水中，世纪中叶莱茵国王子鲁伯特将熔融玻璃液滴入水中，形成一种蝌
3、蚪状的玻璃液，前端强度很高，用锤子敲形成一种蝌蚪状的玻璃液，前端强度很高，用锤子敲击也不会破碎，但它的尾巴一旦折断，整体就变成很击也不会破碎，但它的尾巴一旦折断，整体就变成很小的碎块，这可能是最早发现的小的碎块，这可能是最早发现的钢化玻璃模型钢化玻璃模型，也是，也是玻璃可以通过钢化处理得以提高的早期证据。玻璃可以通过钢化处理得以提高的早期证据。 19世纪先后出现了多个玻璃钢化方法的专利。世纪先后出现了多个玻璃钢化方法的专利。 20世纪平板钢化玻璃开始大规模工业化生产。世纪平板钢化玻璃开始大规模工业化生产。概述钢化玻璃的生产方法：钢化玻璃的生产方法： 物理钢化物理钢化 采用将玻璃加热，然后冷却的
4、方法，采用将玻璃加热，然后冷却的方法，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的方法以增加玻璃的机械强度和热稳定性的方法称为物理钢化法，也称为热钢化法或风钢称为物理钢化法，也称为热钢化法或风钢化法。化法。 化学钢化 用化学方法改变表面组分，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的方法称为化学钢化法，又称为离子交换法。二、钢化玻璃的品种二、钢化玻璃的品种 按生产方法分类：按生产方法分类： 物理钢化玻璃物理钢化玻璃 化学钢化玻璃化学钢化玻璃 按制造钢化玻璃所用的材料分类按制造钢化玻璃所用的材料分类: 透明钢化玻璃、着色钢化玻璃、镀膜钢化玻璃、透明钢化玻璃、着色钢化玻璃、镀膜钢化玻璃、釉面钢化玻璃、热线印刷玻璃釉面钢
5、化玻璃、热线印刷玻璃 按产品的外形分类：按产品的外形分类： 平钢化玻璃平钢化玻璃 弯钢化玻璃弯钢化玻璃1.根据玻璃表面层应力分布的状况或淬冷后玻璃增强的程度可分为：全钢化玻璃、半钢化玻璃、区域钢全钢化玻璃、半钢化玻璃、区域钢化玻璃化玻璃2.按1 根据弯曲的程度可分为：深弯、浅弯深弯、浅弯；2 根据弯曲面的数量分为：单弯（弧形、单弯（弧形、J形、形、 V形）、双弯（双曲面弧形、双形）、双弯（双曲面弧形、双J形、形、S形、形、 双折板）双折板）三、钢化玻璃及其生产工艺三、钢化玻璃及其生产工艺3.1 物理钢化的原理物理钢化的原理（1 1）与钢化有关的玻璃性质）与钢化有关的玻璃性质 玻璃的玻璃的导热性
6、导热性 用导热系数用导热系数表示，表示， 普普0.963W/m*K, T呈正比关系（呈正比关系（T300, 急剧增加）。急剧增加）。 玻璃的玻璃的热膨胀性热膨胀性 用热膨胀系数表示，普通平板玻璃的热膨胀系数几乎与用热膨胀系数表示，普通平板玻璃的热膨胀系数几乎与钢相当，约为钢相当，约为10*10-6/（钢为（钢为11.5*10-6 / ）。）。 玻璃的玻璃的黏度（粘度）黏度（粘度） 粘度粘度又称为粘滞系数，是流体抵抗流动的物理量。又称为粘滞系数，是流体抵抗流动的物理量。 dxdvsf 玻璃粘度玻璃粘度温度曲线上的几个特征点：温度曲线上的几个特征点：1) 应变点：应变点：=1013.6PaS时对应
7、的温度，时对应的温度，平板玻璃为平板玻璃为510520。该温度下，玻。该温度下，玻璃不产生粘性流动。璃不产生粘性流动。2) 转变点（转变点（Tg）：）：=1012.4PaS时对应的时对应的温度，平板玻璃为温度，平板玻璃为540550。玻璃处。玻璃处于粘性流动状态。是确定退火温度上限于粘性流动状态。是确定退火温度上限的依据。的依据。3) 软化温度（软化温度（Ts）：）：=106.6PaS时对应的时对应的温度。玻璃转变温度与软化温度之间的温度。玻璃转变温度与软化温度之间的温度范围称为转变区或反常区。温度范围称为转变区或反常区。（2 2）玻璃的热应力）玻璃的热应力 玻璃中的应力一般分为三类：玻璃中的
8、应力一般分为三类：热应力、结构应力、机械应力。热应力、结构应力、机械应力。玻璃中由于玻璃中由于存在温度差存在温度差而产生的应力称为热应力，按而产生的应力称为热应力，按存在特点存在特点分为：暂时应力、永久应力。分为：暂时应力、永久应力。1) 暂时应力：暂时应力：玻璃温度低于应变点时处于弹性变形温度范围，当玻璃温度低于应变点时处于弹性变形温度范围，当加热或冷却玻璃时，由于温度梯度的存在而产生热应力，当温加热或冷却玻璃时，由于温度梯度的存在而产生热应力，当温度梯度消失应力也随之消失。它与热膨胀系数、导热系数、厚度梯度消失应力也随之消失。它与热膨胀系数、导热系数、厚度和加热（冷却）速度等有关。度和加热
9、（冷却）速度等有关。2) 永久应力：永久应力：玻璃温度高于应变点时，从粘弹形状态冷却下来时，玻璃温度高于应变点时，从粘弹形状态冷却下来时，由于温度梯度的存在而产生热应力，当温度梯度消失时仍保留由于温度梯度的存在而产生热应力，当温度梯度消失时仍保留在玻璃中的应力称为永久应力，又称为残余应力。在玻璃中的应力称为永久应力，又称为残余应力。（3 3）玻璃物理钢化的原理）玻璃物理钢化的原理 物理钢化的原理就是物理钢化的原理就是形成永久应力的过程形成永久应力的过程。 玻璃在加热炉内按一定升温速度加热到低于软化温度，玻璃在加热炉内按一定升温速度加热到低于软化温度，然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流
10、进行淬然后将此玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流进行淬冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃的导热系数小，这冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃的导热系数小，这时内部仍处于高温状态，待到玻璃内部叶开始硬化时，已时内部仍处于高温状态，待到玻璃内部叶开始硬化时，已硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生压应力压应力，后硬化的内层产生，后硬化的内层产生张应力张应力。由于玻璃表面层存在。由于玻璃表面层存在压应力，当外力作用于该表面时，首先必须抵消这部分压应力，当外力作用于该表面时，首先必须抵消这部分压压应力应力，这就大大提高玻璃的机械强度，经过这
11、样物理处理，这就大大提高玻璃的机械强度，经过这样物理处理的玻璃制品就是钢化玻璃。的玻璃制品就是钢化玻璃。(a)钢化玻璃的应钢化玻璃的应力分布；力分布；(b)退火玻璃受力退火玻璃受力时应力分布；时应力分布； (c)钢化玻璃受钢化玻璃受力时应力分布；力时应力分布；S-玻璃厚度玻璃厚度（1 1） 物理钢化法的生产工艺流程物理钢化法的生产工艺流程原板的切裁原板的切裁磨边磨边洗涤洗涤干燥干燥检验检验吊挂玻璃板吊挂玻璃板钢化加热板钢化加热板热弯成型热弯成型平平 板板风冷风冷风冷风冷弯钢化弯钢化平钢化平钢化检验检验入库入库3.2 3.2 物理钢化玻璃的生产工艺物理钢化玻璃的生产工艺（2 2）物理钢化工艺制度
12、的确定）物理钢化工艺制度的确定 炉壁温度的确定炉壁温度的确定 玻璃对不同波长热射线具有不同的吸收能力玻璃对不同波长热射线具有不同的吸收能力 热源温度、波长及玻璃的吸收热源温度、波长及玻璃的吸收 平板玻璃的钢化温度一般都在平板玻璃的钢化温度一般都在630-750，因此，炉壁，因此，炉壁温度选择在温度选择在750-850范围内是合适的，它的热辐射波长范围内是合适的，它的热辐射波长对玻璃是部分吸收，有利于玻璃内外层的均匀加热。对玻璃是部分吸收，有利于玻璃内外层的均匀加热。热源温度热源温度 ()900600500热源波长热源波长(n)2.53.53.7波波 长长(m)2.72.7-4.54.5玻璃吸收
13、状况玻璃吸收状况透射透射部分吸收部分吸收吸收吸收 钢化温度的确定钢化温度的确定 常用以下两种方法来确定玻璃的钢化温度。常用以下两种方法来确定玻璃的钢化温度。1）应用）应用经验公式经验公式确定：确定： Tc=Tg+80 式中：式中：Tc钢化温度；钢化温度； Tg玻璃的转变温度，以理论计算来确定。玻璃的转变温度，以理论计算来确定。2）以玻璃粘度为）以玻璃粘度为107.5Pas时的温度为钢化温度。时的温度为钢化温度。 炉子温度的确定炉子温度的确定 常用下式计算确定：常用下式计算确定：log(Tv一一Tc)=ct+log(Tv一一Tr) 式中式中:Tv炉子温度；炉子温度； Tr室温；室温； Tc玻璃钢
14、化温度；玻璃钢化温度； t加热时间；加热时间；c与玻璃组成、厚度有关的常数。与玻璃组成、厚度有关的常数。 电炉的宽度电炉的宽度 选择炉膛宽度应考虑玻璃能否均匀加热。其与玻璃和选择炉膛宽度应考虑玻璃能否均匀加热。其与玻璃和辐射元件之间的距离、玻璃和炉膛砖之间的距离密切相辐射元件之间的距离、玻璃和炉膛砖之间的距离密切相关。此外，为使玻璃均匀受热，炉子上下前后可采用分关。此外，为使玻璃均匀受热，炉子上下前后可采用分区调节。区调节。 风冷时间风冷时间 玻璃的过度冷却是使玻璃产生翘玻璃的过度冷却是使玻璃产生翘曲的原因之一。另外，为节约电能，曲的原因之一。另外，为节约电能，应采用两段冷却法，即先急冷后缓冷
15、，应采用两段冷却法，即先急冷后缓冷，通常急冷通常急冷15s15s后，玻璃表面温度已降到后，玻璃表面温度已降到500500以下，此时已不会再增加钢化强以下，此时已不会再增加钢化强度，所以可以缓冷（如图所示）。度，所以可以缓冷（如图所示）。（3 3）影响热钢化的因素）影响热钢化的因素 玻璃的淬火温度及玻璃厚度玻璃的淬火温度及玻璃厚度 玻璃钢化度与淬火温度、玻璃厚度关系玻璃钢化度与淬火温度、玻璃厚度关系 冷却介质的对流传热速率冷却介质的对流传热速率 玻璃钢化度与淬火温玻璃钢化度与淬火温度、传热速度关系度、传热速度关系玻璃钢化度与风压、喷玻璃钢化度与风压、喷嘴与玻璃间距关系嘴与玻璃间距关系 玻璃组成玻
16、璃组成 凡是能增加玻璃热膨胀系数的氧化物都能增加玻璃的凡是能增加玻璃热膨胀系数的氧化物都能增加玻璃的钢化度。钢化度。1-水表玻璃水表玻璃 2-铅玻璃铅玻璃 3-窗玻璃窗玻璃 4-含碱玻璃含碱玻璃 5-硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃 6-低碱玻璃低碱玻璃 7-锆玻璃锆玻璃四、钢化玻璃的性能四、钢化玻璃的性能1. 具有较高的机械强度具有较高的机械强度 抗冲击强度是普通退火玻璃的抗冲击强度是普通退火玻璃的35倍；倍； 抗弯强度是普通平板玻璃的抗弯强度是普通平板玻璃的45倍；倍； 挠度比普通退火玻璃大挠度比普通退火玻璃大34倍。倍。2. 钢化玻璃的热稳定性钢化玻璃的热稳定性 热稳定性：指玻璃能承受温度的剧烈
17、变化而不破热稳定性：指玻璃能承受温度的剧烈变化而不破坏的性能。坏的性能。 钢化玻璃的使用温度范围：钢化玻璃的使用温度范围：40350。可承受温度。可承受温度的剧变范围：的剧变范围：250350。（而一般玻璃只有。（而一般玻璃只有70100） 将钢化玻璃放置到将钢化玻璃放置到0环境保温后，浇上熔融铅液环境保温后，浇上熔融铅液（327.5 ）不会破裂。）不会破裂。种种 类类厚度（厚度（mm）热稳定性热稳定性钢球撞击强度（钢球撞击强度（Pa）抗弯强度（抗弯强度（Pa）0%破坏破坏100%破坏破坏普通平板玻璃普通平板玻璃38001400.67.35 510756001201.36.3710781.25
18、.9107钢化玻璃钢化玻璃51702208.51.410881702208.51.41081015020091.4108钢化玻璃与普通玻璃的性能比较钢化玻璃与普通玻璃的性能比较3. 钢化玻璃的安全性能钢化玻璃的安全性能 由于钢化玻璃的张应力存在于玻璃的内层，当玻璃破裂由于钢化玻璃的张应力存在于玻璃的内层，当玻璃破裂时，在外层压应力的保护下，玻璃碎片呈类似蜂窝状的时，在外层压应力的保护下，玻璃碎片呈类似蜂窝状的钝角颗粒，不易伤人。（安全玻璃）钝角颗粒，不易伤人。（安全玻璃）4 . 钢化玻璃的钢化玻璃的“自爆自爆”特性特性 “自爆自爆”是指钢化玻璃在无外力作用下发生的自身炸裂。是指钢化玻璃在无外力
19、作用下发生的自身炸裂。主要原因是钢化中存在非玻璃体杂质而造成的应力集中，主要原因是钢化中存在非玻璃体杂质而造成的应力集中，当应力超过玻璃的承受极限时玻璃就会破裂。当应力超过玻璃的承受极限时玻璃就会破裂。 自爆的原因主要自爆的原因主要有：含有硫化镍颗粒、含有结石气泡等有：含有硫化镍颗粒、含有结石气泡等缺陷（特别是它们在张应力层时）、表面损伤、安装时缺陷（特别是它们在张应力层时）、表面损伤、安装时存在预应力、热应力等。存在预应力、热应力等。5 . 半钢化玻璃的特性半钢化玻璃的特性半钢化玻璃的强度比一般玻璃的高半钢化玻璃的强度比一般玻璃的高12倍，耐冲击性能有显著提高，破倍，耐冲击性能有显著提高，破
20、裂后裂纹从破裂源呈放射状向外开裂，裂后裂纹从破裂源呈放射状向外开裂，裂纹应直达玻璃边部，要求不能形成裂纹应直达玻璃边部，要求不能形成块状碎片。块状碎片。五、钢化玻璃的检验五、钢化玻璃的检验 钢化玻璃的技术要求及及试验方法钢化玻璃的技术要求及及试验方法1. 尺寸及外观要求：尺寸及其允许偏差、厚度及其允尺寸及外观要求：尺寸及其允许偏差、厚度及其允许偏差、外观质量、弯曲度许偏差、外观质量、弯曲度2. 安全性能要求：抗冲击性、碎片状态、散弹袋冲击安全性能要求：抗冲击性、碎片状态、散弹袋冲击性能性能3. 一般性能要求：表面应力、耐热冲击性能一般性能要求：表面应力、耐热冲击性能5.1 尺寸及外观要求尺寸及
21、外观要求 长方形平面钢化玻璃边长允许偏差长方形平面钢化玻璃边长允许偏差 单位：单位：mm厚度L10001000L20002000L3000L30003 4 5 6+1-23458 10 12+2-3154419556719供需双方商定5.1 尺寸及外观要求尺寸及外观要求 长方形平面钢化玻璃对角线差允许偏差长方形平面钢化玻璃对角线差允许偏差 单位：单位：mm厚度边长20002000边长3000边长30003 4 5 63.04.05.08 10 124.05.06.015 195.06.07.019供需双方商定 5.1 尺寸及外观要求尺寸及外观要求 厚度允许偏差厚度允许偏差 单位：单位：mm厚度
22、厚度允许偏差3 4 5 60.28 100.3120.4150.6191.019供需双方商定5.1 尺寸及外观要求尺寸及外观要求外观质量外观质量缺陷名称说明允许缺陷数爆边每片玻璃每米边长上允许有长度不超过10mm，自玻璃边部向玻璃板表面延伸深度不超过2mm，自板面向玻璃厚度延伸深度不超过厚度1/3的爆边个数1处划伤宽度在0.1mm以下的轻微划伤，每平方米面积内允许存在条数长度100mm时4条宽度大于0.1mm的划伤，每平方米面积内允许存在条数宽度0.1mm1mm长度100mm时4条夹钳印夹钳印与玻璃边缘的距离20mm，边部变形量2mm裂纹、缺角不允许存在5.1 尺寸及外观要求尺寸及外观要求弯曲
23、度弯曲度 弓形弯曲度弓形弯曲度（0.3%）将试样在室温下放置将试样在室温下放置4h以上，并在其长边的以上，并在其长边的1/4处垫处垫2块垫块。用直尺块垫块。用直尺或金属线水平紧贴制品的两边或对角线方向，用塞尺测量直线边与玻或金属线水平紧贴制品的两边或对角线方向，用塞尺测量直线边与玻璃之间的间隙，并以弧的高度与弦的长度之比的百分率表示弓形弯曲璃之间的间隙，并以弧的高度与弦的长度之比的百分率表示弓形弯曲度。度。 波形弯曲度波形弯曲度（0.2%）用一直尺或金属线沿平行玻璃边缘用一直尺或金属线沿平行玻璃边缘25mm方向进行测量，测量长度方向进行测量，测量长度300mm。用塞尺测得波谷或波峰的高，并除以
24、。用塞尺测得波谷或波峰的高，并除以300mm后的百分率表后的百分率表示波形弯曲度。示波形弯曲度。 5.2 安全性能要求安全性能要求抗冲击性抗冲击性 试样与制品同厚度、同种类的，且与制品在同一工艺条件下制造的尺寸为610mm（-0mm，+5mm） 610mm（-0mm，+5mm） 使用直径为63.5mm（质量约1040g）表面光滑的钢球放在距离试样表面1000mm 的高度，使其自由下落。冲击点在距试样中心25mm 的范围内。 抗冲击性技术要求：6 块样品经试验，试样破坏数不超过1 块为合格，多于或等于3 块为不合格，破坏数为2 块时，再另取6 块（进行第二次试验），试样必须全部不破坏为合格；5.
25、2 安全性能要求安全性能要求碎片状态碎片状态 在试样的最长边中心线上距离周边20mm 左右的位置，用尖端曲率半径为0.2mm0.05 的冲头破碎试样，保留碎片图案的措施应在冲击10s 后开始并在冲击后3min 内结束。碎片计数时，应除去距离冲击点半径80mm 以外以及距玻璃边缘或钻孔边缘25mm 范围内的部分。从图案中选择碎片最大的部分，在这部分中用50mm50mm 的计数框内的碎片数，每个碎片内不能有贯穿的裂纹存在，横跨计数框边缘的碎片按1/2 个碎片计算。玻璃品种公称厚度/mm最少碎片数/片平面钢化玻璃330412401530曲面钢化玻璃430最少允许碎片数 取4块玻璃试样进行试验，每块试
26、样在任何50mm50mm 区域内的最少碎片数必须满足上表要求。允许少量长条形碎片，其长度不超过75mm。5.2 安全性能要求安全性能要求 散弹袋冲击性能散弹袋冲击性能试样与制品同厚度、同种类的，且与制品在同一工艺条件下制造的尺寸为1930mm（-0mm，+5mm） 864mm（-0mm，+5mm）冲击体最大直径的中心位置在300mm、750mm、1200mm下落高度时，自由摆动落下，冲击试样试样中心点附近1 次（最大直径部分外周距离试样表面小于13mm，距离试样的中心在50mm以内）。使用散弹袋质量约45kg0.1kg，尺寸如下图。取4块平型玻璃试样进行试验，应符合1）或2）中任意一条的规定。
27、 1) 玻璃破碎时，每块试样的最大10碎片质量的总和不得超过想当于试样65cm2面积的质量，保留在框内的任何无贯穿裂纹的玻璃碎片的长度不能超过120mm。 2）弹袋下落高度为1200mm时，试样不破坏。 5.3 一般性能要求一般性能要求表面应力表面应力-按按GB/T18144-2008 在距长边100mm 的距离上，引平行于长边的2条平行线，并与对角线相交于4 点，这4 点以及制品的几何中心点即为测量点。 表面应力的计算公式：=Kd，其中为表面应力,K 为仪器常数(取300MPa/mm),d 为台阶高度； 表面应力技术要求：取3 块试样进行试验，当全部符合规定为合格（90MP) ，2 块试验不
28、符合则为不合格，当2 块试验符合时，在追加3 块试样（进行第二次试验），如果3 块全部符合规定则为合格。选一片玻璃锡面朝上，将锡面上滴一滴折射油，用测试应力值机测试，即可显示应力数值。 同一片玻璃，测试5个点，允许12mpa的差距，超过此数，即显示钢化效果不良。在距长边100mm的距离上引平行长边的两平线与对角线交叉于四点，另加两对角线之交点，其五点为应力测量点。 如果宽边不足300mm，则在短边100mm引两条平行线与中心线交于两点，此两点与几何中心点为应力点。 5.3 一般性能要求一般性能要求耐热冲击性能耐热冲击性能(温差温差200 ） 将300mm300mm 的钢化玻璃试样置于2002的烘箱中，保温4h 以上，取出后立即将试样垂直进入0的冰水混合物中，应保证试样的高度的1/3 以上能浸入水中，5min 后观察玻璃是否破坏。 耐热冲击性能技术要求：4 块样品经试验后，4 块试样全部符合规定时认为该项目为合格。当有2块以上不符合时，则为不合格，当有1 块不符合时，重新追加1 块试样（进行第二次试验），如果它符合规定，则认为合格。当有2 块不符合时，则重新追加4 块试样（进行第二次试验），全部符合规定时则为合格。
